基于磁性液体的磁浮式振动俘能器系统建模与输出性能分析

针对现有振动俘能器输出功率低、工作频带范围小等问题，提出了一种基于磁性液体的非线性磁浮式振动俘能器新型结构。提出新型俘能器的结构形式，分析其工作原理，建立磁偶极子非线性力学模型，对比仿真结果与试验数据，验证其准确性；分析磁性液体的二阶浮力和黏性阻尼，建立其数学模型，运用多尺度变换方法求解俘能器动力学方程的近似解，进而获得输出性能响应模型；分析三类系统结构参数和激励加速度变化对俘能器输出性能的影响，对比了有无磁性液体时俘能器的输出性能。结果表明：磁铁间距、悬浮磁铁与磁性液体的总质量和激励加速度能有效地改变俘能器的工作频率范围和输出功率幅值，而阻尼比主要影响输出功率幅值。新型俘能器输出电压峰峰值和输出功率峰值分别达到426.88 mV和0.56 mW,增加磁性液体后输出电压和功率分别提升了22.67%和75%,对比其它低频振动俘能器，具有较优的输出功率特性。新型磁浮式俘能器的结构形式与建立的动力学模型能为拓宽此类俘能器工作频带范围和增强输出功率性能提供新的解决思路，具有良好的参考价值。